Introdução à Genética
11.1 Regulação gênica
Apesar da sua simplicidade de forma, as bactérias apresentam em comum com os organismos maiores e mais complexos a necessidade de regular a expressão de seus genes. Um dos principais motivos é que elas são oportunistas nutricionais. Considere como as bactérias obtêm muitos compostos importantes, tais como açúcares, aminoácidos e nucleotídios, necessários para o metabolismo. As bactérias nadam em um mar de possíveis nutrientes. Elas podem adquirir os compostos de que necessitam a partir do ambiente ou sintetizá-los por meio de vias enzimáticas. Mas a síntese desses compostos também requer gasto energético e recursos celulares para produzir as enzimas necessárias para essas vias. Portanto, quando lhes for proporcionada uma opção, as bactérias captarão compostos do ambiente. A seleção natural favorece a eficiência contra o gasto de recursos e de energia. Para serem econômicas, as bactérias sintetizarão as enzimas necessárias para produzir compostos apenas quando não houver outra opção — em outras palavras, quando os compostos estiverem indisponíveis em seu ambiente local.
As bactérias desenvolveram sistemas reguladores que acoplam a expressão dos produtos
gênicos a sistemas sensores que detectam o composto relevante no ambiente local de uma bactéria. A regulação das enzimas que participam no metabolismo do açúcar fornece um exemplo. As moléculas de açúcar podem ser fragmentadas para fornecer energia, ou podem ser utilizadas como elementos estruturais para uma grande variedade de compostos orgânicos. Entretanto, existem muitos tipos diferentes de açúcares que as bactérias podem utilizar, incluindo lactose, glicose, galactose e xilose. É necessária uma proteína de importação diferente para que seja possibilitada a entrada de cada um desses açúcares na célula. Além disso, é necessário um conjunto diferente de enzimas para processar cada um dos açúcares. Se uma célula precisasse sintetizar simultaneamente todas as enzimas de que ela pudesse vir a necessitar, a célula gastaria muito mais energia e materiais para produzir as enzimas do que obteria a partir da fragmentação das esperadas fontes de carbono. A célula planejou mecanismos para desligar (reprimir) a transcrição de todos os genes que codificam enzimas não necessárias em uma determinada ocasião e para ligar (ativar) aqueles genes que codificam enzimas necessárias. Por exemplo, se apenas a lactose estiver no ambiente, a célula desligará a transcrição dos genes que codificam as enzimas necessárias para a importação e o metabolismo da glicose, galactose, xilose e de outros açúcares. Contrariamente, a E. coli iniciará a transcrição dos genes que codificam as enzimas necessárias para a importação e o metabolismo da lactose. Resumidamente, as células necessitam de mecanismos que atendam dois critérios:
1. Eles devem ser capazes de reconhecer as condições ambientais nas quais devem ativar
ou reprimir a transcrição dos genes relevantes.